CC BY
33
УДК 551.578.48
Е.С. Трошкина, Ю.Г. Селиверстов, Е.Г. Мокров, В.Н. Сапунов, П.А. Черноус, А.Ю. Соловьев
ВЛИЯНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ КЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ НА НИВАЛЬНО-ГЛЯЦИАЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ХИБИНАХ
Представлены результаты исследования связи параметров лавинной активности и характеристик водоснежных потоков в Хибинах с температурным режимом и снежностью зим. Оцениваются изменения режима нивально-гляциальных процессов в связи с изменением климата.
Ключевые слова: лавинная активность, температурный режим, нивально-гляциальные процессы, изменения климата.
Введение. Факт глобального изменения климата общепризнан. С ним часто связывают активизацию опасных природных процессов и явлений, в том числе нивально-гляциального происхождения. Однако, в отличие от эмоциональных высказываний после очередной природной катастрофы, опубликовано не так много научных работ, в которых дается реальная оценка динамики климата, выявляются происходящие изменения и определяются их ведущие факторы. Главная причина этого заключается в малом количестве продолжительных рядов наблюдений за опасными природными процессами, играет роль и то, что в горах редкая сеть метеорологических станций. Не установлены четкие критерии, позволяющие оценить активность каждого процесса для оценки их многолетней динамики и проведения сравнений в различных горных регионах. Эти обстоятельства не только сказываются на качестве оперативных оценок деятельности опасных нивально-гляциальных процессов, но и затрудняют анализ происходящих изменений. К примеру, не удается установить тенденции изменения лавинной активности для Альп [7]. При этом отмечаются также неоднозначные изменения климатических условий в горах.
Поистине уникальны материалы о снежных лавинах и водоснежных потоках, собранные на территории Хибинского горного массива. Начиная с 1936 г. здесь ведутся наблюдения за опасными ни-вально-гляциальными процессами силами сотрудников цеха противолавинной защиты (ныне Центр лавинной безопасности (ЦЛБ) ОАО "Апатит"). В разные годы регулярные метеорологические наблюдения осуществлялись на 14 станциях на разных высотных уровнях [3], 60 лет работает Хибинская учебно-научная база географического факультета МГУ (УНБ МГУ), на базе которой сотрудники факультета осуществляют научные исследования снежных лавин и водоснежных потоков, проводятся измерения метеопараметров.
Климат Хибин и его изменение. Для оценки влияния климатических характеристик на параметры лавинного режима и определения их изменения
изучался многолетний ход значений важнейших климатических показателей зимних сезонов, обусловливающих условия схода снежных лавин и во-доснежных потоков по данным ЦЛБ и МГУ.
В качестве характеристики температурного режима использовалась величина суммы среднемесячных значений температуры воздуха за зимний (октябрь—май) период (рис. 1, а). В начальный период наблюдений по данным станции "Юкспор" (910 м) отмечен незначительный отрицательный тренд показателя (—0,09°С/год при р-уровне, равном 0,34). Однако по данным открытых в последующие годы станций "Центральной" (1090 м) и "Кировск" (400 м) выявлены уже положительные тренды температуры: +0,22 и +0,35°С/год соответственно (р-уровни — 0,02 и 0,20). При этом, по данным станции "Центральной", повышение температуры отмечается во все месяцы зимнего периода. И только на расположенной в предгорьях на юго-востоке Хибин станции "Восточной" (210 м) наблюдается небольшое понижение температуры воздуха в зимние периоды.
Несмотря на повышение температуры воздуха, многолетнее изменение суммы осадков за холодный период на расположенной на высоте линий отрыва лавин станции "Центральной" имеет отрицательный тренд —11,7 мм/год (р-уровень равен 0,000002) (рис. 1, б). Количество осадков снижается во все месяцы, причем наиболее существенно в первой половине зимнего периода (октябрь—январь). По многолетним данным, за этот период выпадает более 60% зимних осадков. Однако в последние годы эта доля уменьшается и составляет 55%.
Небольшой отрицательный тренд имеет и ход изменения от сезона к сезону среднего за зиму значения скорости ветра по данным станции "Центральной" (рис. 1, в), что позволяет предположить и незначительное ослабление важнейшего для Хибин фактора перераспределения снежного покрова и лавинообразования — метелевого переноса.
Значение максимальной толщины снежного покрова за период наблюдений незначительно умень-
-20,0 -
-40,0 -
-100,0
-120,0
-60,0 -
-80,0 -
■ Юкспор
Центральная
Кировск — - Восточная
-тренды
мм 1400
1200 1000 800 600 400 200 0
_1_
_1_
_1_
......
_1_
_1_
_1_
_1_
_1_
_1_
_1_
_1_
_1_
_1_
_1_
_1_
СО »Л t*-» т-Ч СО 1/1 IT)
(N vO М О (N t ЧООООГЧтГЧООООГЧ t ^ ОС
Ю Ю N N N Ь OO OO M OO OO Os Os Os Os Os
Os Os Os Os Os Os Os Os Os Os Os Os Os Os Os Os Os Os Os
1 ■—i <N
3,0,
_L_
_L_
_L_
_L_
......
_L_
_L_
_L_
_L_
_L_
_L_
_L_
_L_
_L_
_L_
ГО ^ Ь ON «н Г) ¡Л 1Г> ООЧ
O^Tj-^OOOOtVOOOOMÍ^OO
N t ^ »
o\ o\ os os Os 0\ Os
CM
300 H
250 200 150100 50 H
. . Tj lili lili iii II i II ij lililí iii i . .
n in b н n in ь 0\ и со <n r-- on m m r-- gs i—i coi
oo oo oooogo^^^,^, ^^ O ¡
(Nt ^ СО O M Tt 4O OO O ^t40000<N-3-40000 CN ■
Os Os Os Os Os Os Os Os Os Os Os Os Os Os Os Os Os Os Os O O 1
см 160
140 120 100 8060 40 20
OS Q*\ OS <
i <D OO CTS O ^н со
> go §0 ^ ^
>*r>\0 OO OS O Í—i <N СО" ^ ^ \¿r ocT
>oooo ©о со oo as^^ ^ as
\ Os Os Os Os. Os Os Os Os Os Os Os Os Os Os Os
O i—l
. tb © o
Рис. 1. Многолетний ход ряда метеорологических характеристик зимних сезонов в Хибинах и тренды их изменения: а — суммы значений среднемесячной температуры воздуха в зимний период в пунктах метеорологических наблюдений ЦЛБ ОАО "Апатит" за 1936—2004 гг.; б — суммы осадков за зимний период на горно-лавинной станции "Центральной"; в — средняя за зимний период скорость ветра на горно-лавинной станции "Центральной"; г — значения максимальной толщины снежного покрова на горно-лавинной станции "Центральной" (слева) и на учебно-научной базе МГУ (справа)
шается как в районе зоны отрыва лавин ("Центральная"), так и у подножия гор (УНБ МГУ) (рис. 1, г).
Динамика лавинной активности. Не только климатический фактор определяет изменение лавинной активности. Хибинский горный массив — район интенсивного хозяйственного освоения. Производственные процессы, развитие рекреации в горном регионе сказываются на изменении его облика и влияют на природные процессы и явления. При разработке месторождений ряд очагов снежных лавин и водоснежных потоков оказался срыт, а в соседних очагах изменились условия снегонакопления. Так, уничтожена область зарождения лавин в цирке Пронченко, после чего в соседнем очаге № 22, лавиной из которого в 1935 г. была уничтожена часть поселка горняков, значительно уменьшились объемы лавин.
Для последующего анализа изменения лавинной активности и изучения ее связи с изменением климата использованы данные о сходах лавин из очагов, зона зарождения которых не подверглась изменениям.
Еще одно проявление антропогенного воздействия — искусственно вызванные лавины. Анализ зарегистрированных ЦЛБ за период 1989—2000 гг. лавин показал, что из их общего числа самопроизвольно сошедшие лавины в среднем составляют 60,1%, вызванные профилактическим минометным обстрелом — 10,6; инициированные сейсмическим воздействием от технологических взрывов — 22,0; спровоцированные людьми в зонах лавинообразо-вания — 0,6; лавины, образование которых точно не определено, — 6,7% [4]. Таким образом, естественный режим лавинообразования в регионе существенно нарушен. Однако факт схода лавин под антропогенным воздействием свидетельствует о подготовленности снежной толщи к обрушению, т.е. в результате действия природных факторов были созданы определенные условия и возникновение лавин могло произойти самопроизвольно. Таким образом, искусственно вызванные лавины также можно учитывать в многолетней динамике лавинной активности.
За начало многолетнего периода принята зима 1958/59 г., начиная с которой ведутся регулярные наблюдения в выбранной группе лавинных очагов. Для описания лавинной активности в различные зимы в Хибинах использовались данные ЦЛБ о числе сошедших лавин, суммарном за зиму объеме лавин, среднем за зиму объеме одной лавины.
Число лавин за сезон (рис. 2, а) изменялось от 7 (зима 1963/64 г.) до 126 (зима 1983/84 г.) при среднем значении 48. Максимальные значения отмечались в 80-е гг. В конце 90-х гг. также отмечен рост этого показателя. В многолетнем ряду
отчетливо выражен положительный тренд — 1 лавина/год при уровне значимости 0,0025.
Средний за сезон объем лавин (рис. 2, б) также значительно изменялся от сезона к сезону — от 500 (зима 1971/72 г.) до 7900 м3 (зима 1959/60 г.). Среднее многолетнее значение составляет около 2300 м3. Наибольшие объемы лавин характерны для первой трети периода наблюдений. Тренд показателя отрицательный и составляет —68 м3/год при уровне значимости 0,0011.
Рис. 2. Многолетний ход параметров лавинной активности: а — число лавин за зимний период; б — средний за зиму объем лавин; в — суммарный за зиму объем лавин
Еще одна характеристика лавинной активности — суммарный объем лавин — за период наблюдений увеличилась незначительно (рис. 2, в), среднее значение составило 86 000 м3. В многолетнем ряду значительно выделяются только зимы 1983/84 г. (около 200 000 м3) и 1984/85 г. (275 000 м3).
Таким образом, за многолетний период на фоне слабо изменившегося суммарного объема сносимого лавинами снега происходит увеличение числа лавин и уменьшение их среднего объема при небольшом увеличении суммарного объема перемещаемого лавинами снега.
Связь изменения лавинного режима с изменением климата. Методика и результаты исследования. Какие климатические факторы определяют наблюдаемые изменения параметров лавинной активности? Значения коэффициента линейной корреляции, в том числе и множественной, между этими параметрами и климатическими показателями оказались в ряде случаев значимыми, но небольшими (до 0,4). Следовательно, изменение последних не в полной мере объясняет изменение лавинной активности. Требуется определить обобщенные показатели, выявить характеристики, позволяющие оценить как текущее изменение климата, так и последствия его влияния на нивально-гляциальные процессы.
Для решения поставленной задачи выполнена типизация зим по температурному режиму и снежности. Эти факторы обусловливают процессы метаморфизма и строение снежной толщи, в свою очередь предопределяющие условия лавинообра-зования.
Температурный режим зимних сезонов классифицирован по суммам среднемесячных значений температуры воздуха (по данным метеостанций "Юкспор" и "Центральной") и величинам стандартного отклонения [6]. При разности значений характеризующего зиму показателя и средней многолетней величины, меньшей по модулю стандартного отклонения, выделяются умеренно холодные и умеренно теплые зимы. Аномально холодные и аномально теплые зимы определяются в случае превышения по модулю средней многолетней величины на значение, большее стандартного отклонения. Следует отметить, что начиная с 90-х гг. возросла повторяемость аномально теплых (1 раз в 3 года) и теплых зим. Вместе с тем в конце 90-х гг. отмечен 4-летний холодный период.
Для каждого выделенного типа зим (табл. 1) были рассчитаны параметры лавинной активности. Наиболее существенным результатом оказалось различие числа сошедших лавин в аномально холодные и аномально теплые годы (в аномально теплые оно больше в 1,3 раза) и уменьшение среднего объема лавин от аномально холодных зим к аномально теплым (разница между крайними значениями тоже составляет 1,3 раза). Отмечается также
Таблица 1
Средние значения характеристик лавинной активности для типов зим, выделенных по особенностям температурного режима
Характеристики Типы зим
аномально холодная умеренно холодная умеренно теплая аномально теплая
Число лавин 43 53 41 58
Средний объем лавин, м3 2650 2300 2300 2000
Суммарный объем лавин, м3 113 600 89 900 67 500 89 500
уменьшение суммарного объема лавин в теплые зимы по сравнению с холодными.
Значения, приведенные в табл. 1, значительно варьируют от типа к типу. Выявлена и существенная роль других климатических факторов. В качестве такого фактора при дальнейшем анализе использовалась снежность зим, выражаемая значением максимальной декадной толщины снежного покрова.
Типизация зим по снежности (табл. 2) выполнена с учетом отклонения значений максимальной декадной толщины снежного покрова от средней многолетней величины [5]. Зимы со значением, превышающим ее на 25%, отнесены к многоснежным, на 25% ниже — к малоснежным, а остальные — к среднеснежным. С начала 80-х гг. преобладают среднеснежные зимы, но экстремальные по снежности зимы бывают чаще, чем в 60—70-е гг. Многоснежные зимы в последние 25 лет повторяются в среднем 1 раз в 8 лет, а малоснежные — в среднем 1 раз в 5 лет.
Таблица 2
Средние значения характеристик лавинной активности для выделенных по снежности типов зим
Характеристики Типы зим
малоснежные средне-снежные многоснежные
Число лавин 50 44 75
Средний объем лавин, м3 2100 2500 1200
Суммарный объем лавин, м3 76 500 88 200 89 200
Средние значения характеристик лавинной активности в зависимости от типов зим по снежно-сти (табл. 2) также значительно отличаются. Число лавин возрастает в экстремальные по снежности годы, при этом их значительно больше в многоснежные годы. Суммарный за зиму объем лавин несколько возрастает с увеличением снежности. Для многоснежных зим характерны минимальные
объемы снежных лавин. Отмечается небольшое увеличение перемещаемого лавинами снега с повышением снежности зим.
В многолетнем ряду наблюдений сопоставлялся тип зимнего периода по температурному режиму и снежности (рис. 3). Оценка сочетания этих факторов позволяет выявить некоторые тенденции изменения параметров лавинной активности. Тренд изменения числа сошедших лавин можно объяснить участившейся в многолетнем ряду с конца 80-х гг. повторяемостью зим, аномальных по снежности, а также аномально теплых зим. Средний объем лавин существенно уменьшается с увеличением частоты теплых и аномально теплых зим и некоторым учащением многоснежных зим. На наметившемся за период наблюдений росте суммарного объема лавин сказался холодный период в конце 90-х гг., а также некоторое увеличение частоты аномально снежных зим.
Происходит и изменение лавинного режима. Увеличение числа теплых и аномально теплых зим на фоне слабо изменяющегося среднего значения снежности приводит к сокращению температурных градиентов в снежном покрове и ослаблению интенсивности массопереноса. Замедляется образование разрыхленных слоев. Развитие снежной толщи на склонах все чаще идет по типу уплотнения. С уменьшением скорости ветра ослабляется метелевый перенос. Уменьшается число достаточно крупных лавин из метелевого и свежевыпавше-го снега, составлявших ранее абсолютное большинство — до 80% [2], но увеличивается число мел-
ких мокрых лавин инсоляционного и адвекцион-ного генезиса.
Влияние температурного режима и снежности зим на образование водоснежных потоков в Хибинах.
Водоснежные потоки (ВСП) — опасный ниваль-но-гляциальный процесс, впервые выявленный и регулярно наблюдаемый в Хибинах [1]. Его развитие во многом определяется условиями снеготаяния. Однако в ходе исследований установлено, что при различных типах зим в Хибинах чаще всего действуют и определенные механизмы образования ВСП, а сами потоки имеют разные характеристики. Анализ многолетнего ряда наблюдений показал, что ВСП сдвигового генезиса сходят преимущественно в период малоснежных и среднеснеж-ных зим, когда толщина снежного покрова ниже, чем средняя многолетняя. В среднеснежные холодные зимы из-за наличия мерзлой водоупорной подстилающей поверхности и горизонта глубинной изморози в снегосборе возникают благоприятные условия для быстрого добегания воды и насыщения ею русловой снежной толщи, что способствует возникновению лавиноподобных и селеподоб-ных ВСП. ВСП всех типов встречаются в среднеснежные зимы.
В малоснежные зимы возможно образование преимущественно маломощных лавиноподобных ВСП, которые возникают в самый начальный период таяния. В многоснежные холодные зимы, когда процесс водоотдачи в снегосборе задерживается и насыщение талой водой русловой снежной толщи происходит медленно, а сам процесс бывает сдвинут в более теплый, а иногда даже летний
Рис. 3. Сопоставление типизации зим по снежности (звездочки) и по температурному режиму (кружки)
период, возникают мощные, лавиноподобные ВСП. Образование селеподобных ВСП прорывного механизма возможно в теплые многоснежные и в сред-неснежные зимы, когда максимальная толщина снежного покрова больше средней многолетней. ВСП в многоснежные зимы случаются редко, но отличаются большой мощностью.
Заключение. Таким образом, учет температурного режима и снежности зимних периодов, выполненный посредством типизации, позволяет определить особенности режима опасных нивально-гляциаль-ных процессов и оценить характер происходящих изменений в отдельных горных регионах под воздействием глобальных колебаний климата.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Водоснежные потоки Хибин. М.: МГУ, 2001.
2. География лавин. М.: Изд-во МГУ, 1992.
3. Зюзин Ю.Л. Суровый лик Хибин. Мурманск: Рекламная полиграфия, 2006.
4. Мокрое Е.Т. Сейсмические факторы лавинообра-зования (на примере Хибин): Автореф. канд. дис. М., 2005.
5. Трошкина Е.С., Сапуное В.Н., Селиеерстое Ю.Т., Черноус П.А. Влияние изменения снежности на ниваль-
Научно-исследовательская лаборатория снежных лавин и селей географического факультета: Е.С. Трошкина, вед. науч. сотр., e-mail: [email protected]; Ю.Г. Селиверстов, науч. сотр., e-mail: [email protected]; Е.Г. Мокров, ст. науч. сотр., e-mail: [email protected]; В.Н. Сапунов, ст. науч. сотр., e-mail: [email protected]; А.Ю. Соловьев, науч. сотр., e-mail: [email protected]; Центр лавинной безопасности ОАО "Апатит": П.А. Черноус, гл. инженер, e-mail: [email protected]
ные процессы в Хибинах II Материалы гляциол. исследований. 2005. Bbirn 99. C. 112—115.
6. Трошкина E.C., Селиверстов Ю.Т., Сапунов B.H., Черноус П.А. Температурный режим в зимние сезоны и его влияние на лавинную активность в Хибинах || Крио-сфера Земли. 2006. M 4. C. 81—87.
7. Climate Change in the European Alps. Adapting Winter Tourism and Natural Hazards Management. OECD Publishing, 2007.
Поступила в редакцию 21.01.2008
E.S. Troshkina, Yu.G. Seliverstov, E.G. Mokrov, V.N. Sapunov, P.A. Chernous, A.Yu. Solovyev
INFLUENCE OF CLIMATIC CHANGES OVER NIVAL-GLACIAL PROCESSES IN THE KHIBINY MOUNTAINS
Correlation between parameters of avalanche intensity and water-snow flows, on the one hand, and winter temperature regime and snow amounts, on the other, were studied for the Khibiny Mountains. Changes in the regime of nival-glacial processes due to climate change are evaluated. Key words: nival-glacial processes, Khibiny Mountains.
